2011年早稲田中学の問題です。
水酸化ナトリウム水溶液と塩酸を用意し、以下の実験を行った。4つのビーカー【１】～【４】に水酸化ナトリウム水溶液を50cm3ずつとり、それぞれのビーカーに異なる量の塩酸を加えた。BTB溶液を加えて色を見た後、いろいろな重さのアルミニウムを入れて気体を発生させた。その後、溶け残ったアルミニウムの重さをはかった。加えた塩酸の体積、BTB溶液を加えたときの色、加えたアルミニウムの重さ、溶け残ったアルミニウムの重さは、以下の表の通りであった。
問1 この実験で発生した気体の性質として正しいものを選び、記号で答えよ。
ア 色のついた気体である。
イ 石灰水を白くにごらせる。
ウ 空気よりも軽い。
エ 水に溶けると、強いアルカリ性を示す。
オ ものを燃やすはたらきがある。
問2 ビーカーから取り出したアルミニウムに水溶液がついていた。アルミニウムの重さを正確にはかるための操作として最もふさわしいものを選び、記号で答えよ。
ア アルミニウムをそのままかわかしてから重さをはかる。
イ アルミニウムを何も溶けていない水で洗い、それをかわかしてから重さをはかる。
ウ アルミニウムを食塩水で洗い、それをかわかしてから重さをはかる。
エ アルミニウムを塩酸で洗い、それをかわかしてから重さをはかる。
オ アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液で洗い、それをかわかしてから重さをはかる。
問3 50cm3の水酸化ナトリウム水溶液に塩酸を何cm3加えると中性の水溶液になるか。
問4 【１】のビーカーに残っている水溶液にはあと何gのアルミニウムが溶けるか。
問5 もう一つのビーカーに水酸化ナトリウム水溶液50cm3と、いくらかの塩酸を加えた。ここに、 1.2gのアルミニウムを入れたところ、アルミニウムはすべて溶けた。このとき加えた塩酸の量は（あ）cm3以下であるか、（い）cm3以上であると考えられる。（あ）、（い）に入る数を答えよ。
【解説と解答】
問１ アルミニウムが塩酸や水酸化ナトリウム水溶液に反応してできるのは水素ですから、ウになります。
（答え）ウ
問２ 真水で洗ってから、重さを量ります。
（答え）イ
問３ BTBの反応から、【２】と【３】の間で中和したことはわかります。
【１】→【２】は水酸化ナトリウム水溶液が残り。【３】→【４】は塩酸が残ります。
【３】から【４】と比較すると塩酸は５０㎝3増えています。
【３】で溶けたアルミニウムは0.64ｇ
【４】で溶けたアルミニウムは1.44ｇ
ですから溶けたアルミニウムは1.44－0.64＝0.8ｇ 増えました。
つまり塩酸５０㎝3に対して0.8gのアルミニウムが溶けます。
では【３】で0.64ｇのアルミニウムを溶かす塩酸は
50×0.64/0.8＝４０㎝3
ですから【３】では１００㎝3塩酸を入れていますので、ちょうど中和したのは
１００－４０＝６０㎝3です。
おなじことを水酸化ナトリウムから考えることができそうですが、この場合【１】でアルミニウムの溶け残りが０ｇなので、本来どのくらい溶けたのかがわからないので、塩酸の差から判断するしかありません。
（答え）６０㎝3
問４ 中和の比が水酸化ナトリウム水溶液：塩酸＝５：６です。
【２】で塩酸が５０cm3なので、反応した水酸化ナトリウム水溶液は５０×5/6＝125/3cm3
残っている水酸化ナトリウム水溶液は25/3 cm3 で、これで1.5－1.02＝0.48ｇのアルミニウムを溶かしました。
【１】では塩酸が２０㎝3なので、反応した水酸化ナトリウム水溶液は２０×5/6＝50/3cm3
残っている水酸化ナトリウム水溶液は100/3cm3ですから【２】の４倍です。
したがって0.48×４＝1.92ｇ溶けるはずですから、1.92－1＝0.92ｇまだ溶けます。
（答え）0.92ｇ
問５ まず塩酸が多い場合を考えましょう。
問３から塩酸５０㎝3に対して0.8gのアルミニウムが溶けます。
1.2ｇのアルミニウムが溶けるためには
1.2÷0.8×50＝75cm3の塩酸が残っている必要があるので、中和の分と合わせて塩酸は60＋75＝135㎝3以上必要になります。
次に塩酸が少ない場合を考えましょう。
水酸化ナトリウム水溶液は25/3 cm3 で0.48ｇのアルミニウムを溶かしました。
1.2ｇのアルミニウムを溶かすためには
1.2÷0.48×25/3＝125/6 の水酸化ナトリウムが残っていなければなりません。
50－125/6=175/6が反応して良い水酸化ナトリウム水溶液ですから、これに反応する塩酸は
175/6×6/5＝35cm3
したがってあが35 いが135になります。
（答え）あ 35 い 135
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